(57)【要約】【課題】  トラップした空気が配管に逆戻りしないようして配管内の空気抜きを確実なものとする。【解決手段】  車両床下１に搭載した燃料電池９と、モータルーム３に設置したラジエータ１３とを、冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７で接続する。燃料電池９の出口近傍の冷却水排出配管１７に空気溜め空間３３を設け、空気溜め空間３３をそれより高い位置に設置してあるモータルーム３内のタンク１９に接続する。その他、冷却水循環ポンプ２１，第１のシステム構成部品２３の出口近傍の冷却水供給配管１５および、第２のシステム構成部品２５，熱交換器２７の出口近傍の冷却水排出配管１７にも、空気溜め空間２９，３１および３５，３７をそれぞれ設け、これらとタンク２９とを、空気抜き配管３９，４１，４５，４７でそれぞれ独立して接続する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を始めとするシステム構成部品内の流路に液体を循環させ、このシステム構成部品内の流路に接続する配管の出口近傍の上部に、空気を溜めるための空気溜め空間を設け、この空気溜め空間から、空気溜め空間より高い位置に設けた液体を溜めるタンクへ、空気抜き配管を接続することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記システム構成部品は、燃料電池、加湿装置、熱交換器の少なくとも一つであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムにおいて、前記空気抜き配管を、前記空気溜め空間から前記タンクに向けて下方から上方に向かう流路で構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記空気溜め空間を、複数のシステム構成部品に対応してそれぞれ設け、前記空気溜め空間と前記タンクとを接続する前記空気抜き配管を、前記複数の空気溜め空間に対応してそれぞれ独立して設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３または４記載の燃料電池システムにおいて、該システムを車両の床下に搭載し、前記空気抜き配管を車両床面に設けたセンタトンネル下の空間に設置し、前記タンクを車両前方のモータルームに設置することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システム構成部品に流体を循環させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいては、燃料ガスと酸化剤ガスを加湿する加湿器、この加湿器に加湿水を供給する配管や、発電によって生じる燃料電池内の余分な熱を除去するための冷却水を供給する配管、または補機類の熱を除去するための冷却水を供給する配管などを備えており、これらを液体が循環する構成となっている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、上記した配管の中でその前後の配管部分で相対的に高い部位に上下方向に分岐管を通して気水分離装置に連通させ、その場で大気開放し空気抜きしている技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１５−１２３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述のような従来の燃料電池システムでは、気水分離装置における空気溜め空間に空気をトラップしても、そこに空気が留まるため、このトラップした空気が配管に逆戻りする場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、トラップした空気が配管に逆戻りしないようして配管内の空気抜きを確実なものとなることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池を始めとするシステム構成部品内の流路に液体を循環させ、このシステム構成部品内の流路に接続する配管の出口近傍の上部に、空気を溜めるための空気溜め空間を設け、この空気溜め空間から、空気溜め空間より高い位置に設けた液体を溜めるタンクへ、空気抜き配管を接続することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、システム構成部品の流路に接続する配管の出口近傍の上部に、空気を溜めるための空気溜め空間を設けたので、空気溜め空間を数多く設置できない場合でも、特に空気が混入しやすいシステム構成部品を通過したときに配管に混入する空気を効率よくトラップすることができる。
【０００８】
また、空気溜め空間は、配管内への初期の液体投入時の空気溜め空間としても活用できる。
【０００９】
さらに、空気溜め空間から、空気溜め空間より高い位置に設けた液体を溜めるタンクへ、空気抜き配管を接続しているので、空気溜め空間から液体を溜めるタンクまでは、配管内圧によって空気を圧送することにより、空気溜め空間でトラップした空気を、速やかに空気抜き配管を利用してタンクに移動させることができ、配管への空気の逆戻りを防止でき、配管内の空気抜きを確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係わる燃料電池システムを示す全体の概略図である。この燃料電池システムは、破線Ａで囲んだ部分を車両の床下１に配置し、破線Ｂで囲んだ部分を車両前部のモータルーム３内に配置する。図２は、このような車両の簡略化した側面断面図であり、図中で符号５は前車輪、符号７は後車輪である。
【００１２】
燃料電池９は、図２に示すように、床下１に設けたサブフレーム１１に搭載し、他の前記した破線Ａで囲んだ部分の各部品もサブフレーム１１に搭載する。
【００１３】
燃料電池９とモータルーム３内の前部に設置したラジエータ１３とは、図１に示すように、冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７によって接続する。なお、図２では、これらの冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７は省略している。
【００１４】
冷却水供給配管１５には、ラジエータ１３側から順に、液体である冷却水を溜める大気開放のタンク１９，冷却水を燃料電池９に向けて圧送する冷却水循環ポンプ２１，第１のシステム構成部品２３をそれぞれ設ける。ここでタンク１９はモータルーム３内に設置し、冷却水循環ポンプ２１および第１のシステム構成部品２３は、床下１に設置する。
【００１５】
一方、冷却水排出配管１７には、燃料電池９側から順に、第２のシステム構成部品２５，熱交換器２７をそれぞれ設け、これらは床下１に設置する。
【００１６】
上記した第１，第２の各システム構成部品は２３，２５は、例えばフィルタ，熱交換器，弁などが考えられ、その種類は問わない。また、燃料電池９，冷却水循環ポンプ２１および熱交換器２７もシステム構成部品を構成している。
【００１７】
これら各システム構成部品内には、冷却水が流れる流路を備えている。
【００１８】
そして、上記した冷却水循環ポンプ２１の出口近傍および第１のシステム構成部品２３の出口近傍における冷却水供給配管１５の上部（最も高い部位）に、空気溜め空間２９および３１をそれぞれ設ける。また、燃料電池９，第１のシステム構成部品２５，熱交換器２７のそれぞれの出口近傍における冷却水排出配管１７の上部（最も高い部位）にも、空気溜め空間３３，３５，３７をそれぞれ設ける。
【００１９】
なお、上記した出口近傍とは、各システム構成部品の出口から、その下流の他のシステム構成部品まで、または分岐路がある場合にはその分岐路までの間の配管を意味する。例えば、燃料電池９の出口近傍とは、燃料電池９と第２のシステム構成部品２５との間の冷却水排出配管１７である。
【００２０】
これらの空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７から、モータルーム３内にて空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７より高い位置に設けた前記液体を溜めるタンク１９へ、空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７をそれぞれ独立して接続する。
【００２１】
上記した空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７は、図２および、図２のＣ−Ｃ断面に相当する簡略化した模式図である図３に示すように、車両の床下１における車幅方向中央部に設けたセンタトンネル４９の下部の空間５１内に、車輌前後方向に沿って配置し、車両前部のモータルーム３内のタンク１９に接続する。このとき、各空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７は、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９に向けて下方から上方に向かう流路で構成しており、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９まで下り坂無く接続している。
【００２２】
上記した構成の燃料電池システムでは、冷却水循環ポンプ２１から吐出した冷却水が、第１のシステム構成部品２３を通過し、燃料電池９へと供給される。このとき冷却水は、燃料電池９内部において燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応で発生する熱を吸収し高温になる。
【００２３】
燃料電池９から出た高温の冷却水は、第２のシステム構成部品２５を通過後、熱交換器２７で低温流体と熱交換する。その後、冷却水はラジエータ１３へ入って熱を放出し、さらにタンク１９で空気を放出し、冷却水循環ポンプ２１に戻るというサイクルを繰り返す。
【００２４】
ここで、特に燃料電池９や熱交換器２７については、内部の流路が細かく、空気が溜まりやすい部位であるが、この空気は燃料電池９および熱交換器２７の出口近傍の配管の中で最も高い位置にある部分の空気溜め空間３３，３７に溜まることになる。
【００２５】
また、他の冷却水循環ポンプ２１や第１，第２のシステム構成部品２３，２５内の流路で溜まった空気も、これらの出口近傍の配管の中で最も高い位置にある部分の空気溜め空間２９，３１，３５にそれぞれ溜まることになる。
【００２６】
これにより、燃料電池９を始めとするシステム構成部品の出口近傍の配管から効率よく空気抜きを行うことができ、この結果冷却水量を充分確保でき、冷却効率も向上する。
【００２７】
上記した空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７に溜めてトラップした空気は、配管内圧によって、各空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７に対して互いに独立して接続する空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７を経てタンク１９にまで、速やかに上昇移動する。これにより、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７にトラップした空気が配管へ逆戻りすることを防止できる。
【００２８】
このような空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７は、タンク１９に対し空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７によって常に接続した状態であるので、常に空気抜き機能を有することになる。
【００２９】
また、空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７は、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９に向けて下方から上方に向かう流路で構成しており、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９まで下り坂無く接続しているので、空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７内での配管への空気の逆流を確実に防止できる。
【００３０】
さらに、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７を設けることによって、冷却水注入時の冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７内の空気抜きも行うことができる。
【００３１】
また、トラップした空気を通常の配管内圧において圧送する場合よりも低い運転圧においても、空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７を、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９まで下り坂無く接続しているので、トラップした空気を空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７内部に停滞させずにタンク１９に導くことができ、より一層の空気抜き性能を向上することができ、さらなる冷却効率の向上に寄与することができる。
【００３２】
また、複数の空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７を途中で合流させずに、それぞれ独立した状態でタンク１９に接続しているので、途中で空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７が合流する場合のように圧力差によって空気が逆流する可能性はなく、空気の逆流を確実に防止することができる。
【００３３】
さらに、車両の床下１という高さが限られる部位に燃料電池９を配置する車両においても、複数の空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７を、センタトンネル４９を利用して上方へ導くようにしているので、冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７内の空気抜きを容易に行うことができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、車両の床下に燃料電池システムを搭載する際に、冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７に、空気溜め空間２９，３１および３３，３５，３７を設け、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７とモータルーム３内のタンク１９とを接続する空気抜き配管３９，４１，４３，４５，４７を、センタトンネル４９の空間５１を利用して、空気溜め空間２９，３１，３３，３５，３７からタンク１９へ下り坂無く接続することで、冷却水供給配管１５および冷却水排出配管１７中の空気抜きを容易に行うことができ、効果的な冷却水量の確保および冷却効率を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、冷却水配管（冷却水供給配管１５，冷却水排出配管１７）に本発明を適用した例を示したが、これに限らず、冷却水配管の代わりに、燃料電池の電解質膜に純水を供給する純水配管システムや、燃料電池９の代わりに、燃料ガスと酸化剤ガスを加湿する加湿装置を備える加湿水（純水）配管システムにも適用可能である。
【００３６】
本発明によれば、システム構成部品は、燃料電池、加湿装置、熱交換器の少なくとも一つであり、これらは液体が流れる内部流路が細かく、燃料電池の起動時に空気が発生するので、それらに接続する配管の出口近傍に、空気溜め空間を設けることで、効果的な空気抜きを行うことができる。
【００３７】
上記した空気抜き配管を、空気溜め空間からタンクに向けて上方に向かう流路で構成したので、空気抜き配管内の空気の逆流を効果的に防ぐことができ、さらに液体注入時においても、配管内の空気抜きが容易にできる。また、通常の配管内圧よりも低い運転圧においても、空気溜め空間にトラップした空気を、空気抜き配管に停滞させずにタンクまで排出でき、空気抜き性能を向上させることができる。
【００３８】
上記した空気溜め空間を、複数のシステム構成部品に対してそれぞれ設け、これら各空気溜め空間に対応してそれぞれ独立して空気抜き配管を接続したので、それぞれの空気抜き配管を途中で合流させた場合に起こりうる圧力差による逆流を防止することができる。
【００３９】
燃料電池システムを車両の床下に搭載し、空気抜き配管を車両床面に設けたセンタトンネル下の空間に設置し、タンクを車両前方のモータルームに設置するようにしたので、センタトンネルを利用して空気溜め空間からモータルームに設けたタンクまで空気抜き配管を下り坂無く接続することがき、車両床下に燃料電池システムを搭載する車両のような高さが限られた場合においても、配管中の空気抜きを容易に行うことができる。
【００４０】
また、モータルーム内に設置したタンクは、空気溜め空間に対してより確実に高さが稼げるとともに、タンクからの液体の注入作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係わ燃料電池システムを示す全体の概略図である。
【図２】図１の燃料電池システムを搭載する車両の簡略化した側面断面図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ断面に相当する簡略化した模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
３  モータルーム
９  燃料電池（システム構成部品）
１５  冷却水供給配管（システム構成部品内の流路に接続する配管）
１７  冷却水排出配管（システム構成部品内の流路に接続する配管）
１９  タンク
２１  冷却水循環ポンプ（システム構成部品）
２３  第１のシステム構成部品
２５  第２のシステム構成部品
２７  熱交換器（システム構成部品）
２９，３１，３３，３５，３７  空気溜め空間
３９，４１，４３，４５，４７  空気抜き配管
４９  センタトンネル
５１  センタトンネル下の空間
【図１】
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【図２】
2005129387.tif 000004
【図３】
2005129387.tif 000005